تنفيذ مصفوفة البوابات القابلة للبرمجة في الميدان عالية السرعة لمجمل البث بتقسيم الترددات المتعامدة: التصميم والتقييم

تقدم هذه الورقة تنفيذًا قائمًا على مصفوفة البوابات القابلة للبرمجة في الميدان (FPGA) لسلسلة معالجة إشارات جهاز الإرسال بتقسيم الترددات المتعامدة (OFDM) المحسّنة لأنظمة الاتصال ذات الموجات المليمترية عالية السرعة (mmWave). يركز التصميم على كفاءة المعالجة في الوقت الفعلي والمرونة. يشكل وحدة تحويل فورييه السريع العكسي (IFFT) ذات 2048 نقطة، التي تم تحقيقها باستخدام خوارزمية Radix-2، جوهر التصميم، مما يُظهر الاستخدام الفعال لموارد الأجهزة. يتضمن التنفيذ أيضًا إدخال براءة الدورة (CP) ودعم قابل للتكوين لمختلف أوامر تعديل السعة التربيعية (QAM) وترتيبات الطيارين. تم تنفيذ التصميم بلغة وصف الأجهزة VHSIC (VHDL) باستخدام Vivado 2020 وتم تقييمه على مجموعة أدوات Zynq UltraScale+ RFSoC ZCU111. يستخدم خط معالجة البيانات ثمانية مسارات متوازية للحساب المتزامن للبيانات. تظهر النتائج التجريبية متوسط خطأ التربيع (MSE) يبلغ فقط 0.00013 بين الموجة الناتجة عن FPGA ونظيرتها المقلدة بواسطة MATLAB. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر تحليل استغلال الموارد ما بعد التنفيذ استخدامًا فعالًا لموارد FPGA. تؤكد هذه النتائج فعالية وقدرة الوقت الفعلي لجهاز الإرسال المقترح القائم على FPGA والذي يستفيد من التوازي وبنية عالية السرعة لمعالجة تدفقات البيانات الكبيرة بكفاءة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من تطبيقات OFDM الخاصة بالموجات المليمترية. بالمقارنة مع الأعمال الأخيرة التي تركز على وحدات IFFT منخفضة الطلب، تستخدم هذه الورقة حساب IFFT عالي الإنتاجية، مما يُظهر استخدامًا فعالًا لموارد الأجهزة لتطبيقات الموجات المليمترية عالية السرعة.